時事分析 | 環境生態及能源 | 2014-11-19 | 《經濟日報》

二氧化碳,你被捕了!



亞洲太平洋經濟合作會議(APEC)峰會前後,北京的空氣污染再度成為中外媒體的話題。其間中國國家主席習近平與美國總統奧巴馬會談後達成的協議,亦包括兩國定下減少溫室氣體排放的時間表。[1]近年氣候變化困擾全球,令減排成為國際議題。聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)本月初發表的《氣候變化2014:綜合報告》,便警告若不減少排放溫室氣體,全球氣候將會惡化,令物種滅絕加劇,農產量下跌,甚至威脅人類生存。[2]

報告根據2010年的數字,指出在各種溫室氣體的排放源頭中,以發電所佔的比例最高,達35%。[3]而在各類人類活動製造的溫室氣體中,又以二氧化碳佔大多數,達76%。[4]如何減少二氧化碳的排放,尤其是發電過程中的排放,成為應對氣候變化的關鍵。

過去香港關於減少發電排放物的討論,多集中在如何減少燃煤或以石化燃料發電的比例,並轉用其他較少製造污染物的能源。環境局今年有關發電燃料組合的諮詢,對此亦有着墨。[5]其實除了轉投其他能源懷抱,能夠減少燃煤或以石化燃料發電碳排放的「碳捕存」技術(Carbon capture and storage),近年也引起不少討論,甚至有新建成的燃煤發電廠採用。香港是否也適合在發電過程中引入這種技術,值得探討。

能承擔六分之一的目標減排量?

所謂的「碳捕存」技術,是指以各種方式收集在燒煤或氣體時產生的二氧化碳後,再埋藏地下,以免其排放到大氣當中,令溫室效應惡化。[6]國際能源署認為,若要對抗全球暖化,達成限制氣溫升幅為攝氏兩度或以下的目標,二氧化碳的排放需要減少。在該組織的計劃中,到2050年,「碳捕存」技術需承擔六分之一的減排目標。[7]不管國際能源署是否一廂情願,其計劃多少也反映了「碳捕存」技術對減排的潛在貢獻。

「碳捕存」技術既可用於工業生產,亦適用於發電過程。據全球碳捕集與封存硏究院(Global CCS Institute)統計,截至2014年11月,全球共有13個採用了「碳捕存」技術的大型項目正在運作,另有九個正在興建,項目包括天然氣處理、發電以及鋼鐵生產──這22個項目,預計每年可「捕捉」接近4,000萬噸碳。[8]

三種捕捉,一個目標

用在個別工業以及發電的「碳捕存」技術,按其收集二氧化碳手法,可分為三類,分別是燃燒前捕集(Pre-combustion capture)、燃燒後捕集(Post-combustion capture)以及富氧燃燒(Oxy-combustion capture)。[9]

燃燒前捕集,是指二氧化碳在燃料被用作發電前已被抽離,主要適用於一些將燃料轉化為混合氣體後才燃燒發電的發電廠。應用這項技術,燃料在蒸汽及氧氣中加熱及受壓下,會分解成以氫及一氧化碳為主的混合氣體。當中的一氧化碳,在處理後會變成二氧化碳,再被移除。剩下以氫為主的混合氣體,則可作為發電燃料。[10]

燃燒後捕集,是指二氧化碳在燃料被用以發電後才被移離。這種方法主要適用於以煤、油或氣體作燃料的常規發電廠。在這些發電廠,燃料經燃燒後會產生蒸汽,推動渦輪或發電機發電。燃燒過程會產生以氮及二氧化碳為主要成份的煙氣(Flue gas),當中的二氧化碳會被化學溶劑吸收。混合了二氧化碳的化學溶劑,經加熱後會與二氧化碳分離,化學溶劑可以重用,二氧化碳則會被收集。若採用最新技術,燃燒後捕集的二氧化碳吸收率,可達九成以上。[11]

富氧燃燒則適合燃煤發電,其收集二氧化碳的關鍵,在於燃料的燃燒過程。燃料在高濃度氧氣的環境中燃燒,會產生以二氧化碳及水為主的廢氣流,其中的水成份經凝結後會與二氧化碳分離,剩下的二氧化碳則會被收集。[12]

捕捉後可藏於地底 亦可用作提升石油採收率

二氧化碳被各種方式「拘捕」後,會透過管道轉送至其他地點儲存。[13]這些儲存地點通常距離地面至少一公里的地下多孔岩石地層,以確保有足夠壓力令二氧化碳維持液態。一些已耗盡的石油及天然氣田、充滿鹽水的多孔岩石,以及無法開採的煤層等,都是合適的儲存點。[14]

「被捕」的二氧化碳不一定要「終身監禁」,也可送往油田的油井,用作提升原油的採收率。美國在2012年時已有4,000英里長的管道用作輸送二氧化碳,以作提升石油採收率。[15]由此可見,「碳捕存」要成功,不但要擁有「捕捉」技術,還要有地理環境配合。

除了地理因素,應否採用「碳捕存」技術,還要考慮營運成本。據美國國會預算辦公室(Congressional Budget Office)在2012年時的估算,將採集、輸送及儲存二氧化碳的支出納入計算,以「碳捕存」技術發電的發電廠,成本比一般燃煤發電廠高76%,兩者分別是每百萬瓦時(megawatt-hour)104美元以及59美元。[16]

有地理限制 成本不菲

成本差異大,仍因捕捉設備巨大而結構複雜,所費不菲,操作時亦需用上大量能源,瓜分本來可以供應外界的發電量。[17]據美國國家能源技術實驗室(National Energy Technology Laboratory)評估,以發電量為550兆瓦(MW)的電廠為例,若採用燃燒前捕集方法,需投資4億美元,而消耗在移除、壓縮、輸送及儲存二氧化碳的能源,為總發電量的20%;採用燃燒後捕集技術,需投入9億美元,能源失去率為30%;採用富氧燃燒技術則需投放7億美元,能源失去率為25%。[18]

即使擁有地理優勢,高昂成本也有方法局部抵銷(例如得到政府補貼),風險依然不低。正在密西西比州肯珀郡(Kemper County)興建,為美國南方電力公司(Southern Company)所有的燃煤發電廠,是其中一例。該電廠預計發電量為582兆瓦,投產後將採用「碳捕存」技術。

項目佔盡人和、地利,有能源部給予2.7億美元補助金,營運公司又可獲減稅1.33億美元。美國能源部長歐內斯特‧莫尼茲(Ernest Jeffrey Moniz)於2013年11月到場進行視察時表示,在全球暖化及氣候變化的風險下,他從這座電廠看見了未來。[19]另外,電廠鄰近煤礦,藏量40億噸,能提供上千年的燃料。發電廠所收集的二氧化碳,又能賣給附近油田,連同其他產電時的副產物,預計每年可為公司帶來8,000萬美元收入。[20]

得天獨厚,可惜未見其利,先見其害。原訂在今年5月落成的發電廠,落成日期已推遲一年。因為惡劣天氣、勞工成本上漲、器材物料質素參差、承包商及供應商延誤,建造費預計將超支一倍以上至55億美元。電廠所屬的美國南方電力公司,已因項目超支而虧蝕16億美元。[21]

成功靠政府幹?

「碳捕存」技術應用在發電廠的道路,絕不平坦。據美國國會預算辦公室資料,世界各地電力公司準備發展的「碳捕存」燃煤發電項目,曾多達30個。但至2012年,不少公司雄心不再,多個計劃出現變更,六個在歐盟、加拿大、挪威和四個在美國的項目,更被取消或凍結。電力公司轉軚,與各國政府的環保政策不無關係,一些美國項目,便因缺乏全國性的減排政策而終被取消。2012年時,美國只餘下六個大型項目仍在推進,當中五個各獲能源部1.54億至10億美元的資助。[22]

看似困難重重,但無礙技術正式應用。位於加拿大薩斯喀徹溫省(Saskatchewan)的邊界大壩電廠(Boundary Dam Power Station),今年9月30日投產,發電量為110兆瓦,成為全球第一個採用「碳捕集」技術的大型燃煤發電廠。項目耗資13億美元,預計可以減少90%二氧化碳排放,每年減少排放約100萬噸溫室氣體。[23]

與肯珀郡電廠一樣,電廠靠近燃煤供應,既獲2.4億加元政府資助,亦能將部份二氧化碳轉售給附近油田。只是電廠「生不逢時」,投產之時,適逢天然氣價格處於歷史低位,令以「碳捕存」技術的發電顯得特別昂貴。雖然不少人認同當下的負擔可以避免將來付出更大代價,但帳單面前,難免猶豫。

技術適用於中國?

要將「碳捕存」技術廣泛應用於發電廠,看來仍需進一步降低成本。美國能源部希望可將額外成本降至35%以下,惟在2012年評估時,認為當時技術根本不能達標,故已投入資源硏發次世代的「碳捕存」技術。這批生力軍要再待8至13年才會踏入先導及試用階段。[24]另一個降低成本的可能性,是「碳捕存」技術獲其他國家的發電廠廣泛使用,美國再從中取經,降低本地電廠成本。其他國家之一,包括中國。[25]

現任中國華能集團清潔能源技術研究院院長許世森,曾揚言只需以每噸16美元的成本,便可在燃煤電廠抽出二氧化碳。但他後來獲邀到美國的發電廠進行評估,得出的結果卻是原價的四倍以上──原來低成本捕碳的前提,是要用上中國原材料、中國工人、中國會計準則,以至具低成本集資能力的國企。[26]

不論中國能以多少成本「捕碳」,「碳捕存」是否在中國應用,已不只關乎成本和技術考量,也涉及道義壓力。國際能源署指出,非經濟合作與發展組織的國家對能源的需求不斷增加,認為這些國家需要大力推行「碳捕存」技術,以達至2050年佔全球累計碳捕捉額七成的目標,其中中國更被點名負擔全球2015至2050年碳捕捉額的三分一。[27]現實中,中國亦早已推動自身的「碳捕存」技術應用,據全球碳捕集與封存硏究院資料,至2014年2月,中國有12個用上「碳捕存」技術的大型項目,各處於不同計劃階段,是2011年時的兩倍。[28]

「碳捕存」技術與香港又是否有緣?在2009年,時任中電環境事務總監的吳芷茵博士指出,「碳捕存」技術在商業上尚未可行,政府必需作出及鼓勵能夠應對氣候轉變的投資。[29]這說法是否屬實,有待論證,但值得香港注意的是,廣東未來或會與英國在「碳捕存」技術上深入合作。有報道指,參與相關硏討會的專家認為,珠江口盆地適合封存二氧化碳,用上當中十多個盆地,可以滿足百年的封存量,而採用「碳捕存」技術,亦有助珠三角減排。[30]若報道屬實,香港也有機會見證成果。但無論如何,香港仍需為本地減排尋找屬於自己的方案。


1 〈中美定減排時間表〉,《明報》,2014年11月13日,A20頁。
2 “Climate Change 2014 Synthesis Report,” Intergovernmental Panel on Climate Change, November 1, 2014.
3 “Climate Change 2014 Synthesis Report,” Intergovernmental Panel on Climate Change, P. 11, November 1, 2014.
4 “Climate Change 2014 Synthesis Report,” Intergovernmental Panel on Climate Change, P. 10, November 1, 2014.
5 《未來發電燃料組合公眾諮詢》,環境局,香港特別行政區政府,2014年3月19日。
6 Damian Carrington, "Q&A: carbon capture and storage," The Guardian, May 10, 2012.
7 "Technology Roadmap - Carbon capture and storage, 2013 edition," International Energy Agency, accessed Nov 13, 2014,
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapCarbonCaptureandStorage.pdf, P. 8.
8 "The Global Status of CCS: 2014," The Global CCS Institute, accessed November 13, 2014, http://decarboni.se/sites/default/files/publications/180923/global-status-ccs-2014.pdf.
9 "Carbon capture and storage," Center for Climate and Energy Solutions, accessed November 13, 2014, http://www.c2es.org/technology/factsheet/CCS.
10 "DOE/NETL Carbon dioxide capture and storage RD&D roadmap," National Energy Technology Laboratory, accessed November 13, 2014, http://www.netl.doe.gov/File%20Library/Research/Carbon%20Seq/Reference%20Shelf/CCSRoadmap.pdf.
11 同8。
12 同8。
13 同7。
14 "Federal Efforts to Reduce the Cost of Capturing and Storing Carbon Dioxide," Congressional Budget Office, accessed November 13, 2014, http://cbo.gov/sites/default/files/43357-06-28CarbonCapture.pdf.
15 同12。
16 同12。
17 同12。
18 同8。
19 Steven Mufson, "Intended showcase of clean-coal future hits snags," The Washington Post, May 17, 2014.
20 同17。
21 同17。
22 同12。
23 Suzanne Goldenberg, "Canada switches on world's first carbon capture power plant," The Guardian, October 1, 2014.
24 同12。
25 同12。
26 同17。
27 同5。
28 同6。
29 "A Low Carbon Vision for Hong Kong," The Climate Group, accessed November 13, 2014, http://www.theclimategroup.org/_assets/files/A-Low-Carbon-Vision-for-Hong-Kong.pdf.
30 吳哲、王厚啓,〈廣東與英國合作發展“碳捕集”技術 把“碳”封存到海底 促珠三角減排治霾〉,《南方日報〈全國版〉》,2013年12月20日,A17頁。